Гигантские скальные образования размером до 60 километров, тонущие в мантии молодой Луны, могли вызывать конвекцию в ее недрах, заявили геологи в исследовании, представленном в журнале Nature Astronomy. По словам ученых, эти процессы периодически давали старт генерации сильного магнитного поля в течение первого миллиарда лет истории спутника Земли.
«Текущее представление о генерации магнитного поля планетарным ядром говорит нам о том, что тело размером с Луну не способно создать магнитное поле столь же сильное, как у Земли. Однако есть свидетельства, что Луна обладала им в прошлом», – рассказывает Александр Эванс, соавтор исследования из Стэнфордского университета (США).
Образцы лунной породы, доставленные на Землю американскими астронавтами в рамках программы «Аполлон», не только предоставили ученым новые данные о нашем спутнике, но и стали источником полувековой загадки. Анализ показал, что некоторые из них образовались в присутствии сильного магнитного поля, которое могло бы посоперничать с земным. Но было неясно, как тело размером с Луну могло его генерировать.
«Вместо того, чтобы искать процесс, который непрерывно питает сильное магнитное поле в течение миллиардов лет, мы решили посмотреть, есть ли способ получать его периодически», – добавил Александр Эванс.
Планетарные тела производят магнитные поля через так называемый динамо-механизм. Медленно рассеивающееся тепло вызывает конвекцию расплавленных металлов в недрах планеты, а постоянное взбалтывание электропроводящего материала создает магнитное поле. Так оно формируется у Земли, защищая поверхность от опасного солнечного излучения.
Сегодня у Луны отсутствует магнитное поле, и модели ее ядра предполагают, что она всегда была слишком мала и ей не хватало конвективной силы, чтобы когда-либо создавать постоянно сильное магнитное поле.
«Чтобы ядро ??имело сильное конвективное перемешивание, оно должно рассеивать много тепла, но у молодой Луны мантия, окружающая ядро, была ненамного холоднее его самого. Поскольку теплу некуда было деваться, в ядре отсутствовала сильная конвекция. Однако наша модель показывает, как опускающиеся в недра камни могли давать импульс этому процессу», – пояснил Александр Эванс.
История тонущих камней начинается через несколько миллионов лет после образования Луны. Считается, что в самом начале спутник Земли был покрыт океаном расплавленной породы. Когда он начал остывать и затвердевать, такие минералы, как оливин и пироксен, которые были более плотными, чем жидкая магма, опускались на дно, в то время как менее плотные минералы, такие как анортозит, всплывали, образуя кору.
Оставшаяся жидкая магма была богата титаном, а также выделяющими тепло элементами, такими как торий, уран и калий, поэтому затвердевание заняло немного больше времени. Когда этот слой титана наконец кристаллизовался прямо под корой, он был более плотным, чем ранее затвердевшие минералы ниже. Со временем титановые образования погрузились в менее плотную мантийную породу.
Исследователи обнаружили, что, когда каждый из этих сгустков в конечном итоге достигал недр Луны, он давал сильный толчок динамо-механизму. Сформировавшись чуть ниже лунной коры, титановые образования должны были быть относительно прохладными по сравнению с ядром и, когда они вступали в контакт, несоответствие температур приводило к усилению конвекции.
«У вас есть что-то очень холодное, что касается ядра, и внезапно происходит выход большого количества тепла. Это приводит к увеличению перемешивания и позволяет периодически генерировать сильные магнитные поля», – продолжил Александр Эванс.
За первый миллиард лет существования Луны могло произойти до ста таких событий, и каждое из них создавало сильное магнитное поле на примерно сто лет. Разработанная модель объясняет не только магнитные сигнатуры, выявленные в лунной породе, но и тот факт, что они сильно различаются от образца к образцу: у некоторых сигнатуры сильные, а у других «отсутствуют».
«Наша идея позволяет объяснить как интенсивность, так и изменчивость, которую мы наблюдаем в образцах миссии Аполлон. При этом ее можно легко проверить. Для этого необходимо еще раз проанализировать коллекцию лунных пород с целью выявления признаков слабого магнитного фона у образцов, которые не имеют сигнатуры образования при сильном магнитном поле», – заключил Александр Эванс.
